六、丰田混动技术简析
丰田选择将“混合动力技术”定位为“核心技术”并加以推广。 其意义在于,作为一项“节油技术”, 混合动力油耗最高可减少约40%,而且动力性能提升约30%。自1997年第一代普锐斯上市以来,截至目前,丰田混合动力车型已经赢得全球570万辆用户的信赖。
混合动力油耗最高可减少约40% 动力性能提升约30%
混合动力技术蕴含了开发各种环保车所必需的技术要素的核心技术,既可以节约石油,又为最终摆脱石油打下了基础。丰田的混合动力技术被称为“强混”,拥有可以单独使用电动机驱动车辆的“纯电模式”,并且通过能量回收系统充分利用刹车等产生的能量对电池进行自动充电,从而不需要额外进行外部充电。与传统技术相比,在不改变驾驶习惯,不需要投资巨大的充电基础设施等制约的情况下,油耗最高可减少约40%,同时动力性能提升约30%,是目前最先进、成熟且具有现实推广价值的节能环保技术。
“没有变速箱的车”
丰田的混合动力技术虽然基于传统动力车型,但其中运用了多种全新技术和理念。
以变速器为例,传统车辆的无极变速器(以下称“CVT”)是以齿轮和链条传动, 通过传动比的变化实现变速。丰田的混合动力系统则完全创新了变速器的定义。
传统动力车型上所搭载的“变速箱”,在混合动力系统中根本不存在。 而是采用了一套由“电动机、发电机、动力分配装置”等组成的“混合动力变速驱动桥”。
由于不同于传统变速器的“齿轮链条传动”, 而是直接通过 “行星齿轮”传递动力,因此传动效率更高。 同时由于不存在“挡位”,也从根本上解决了普通AT变速器“换挡时有顿挫感”这一问题。 可以说,丰田的“混合动力变速驱动桥”技术,开启了汽车变速技术的新纪元。
与日本松下电器合作开发电池 50万公里性能无明显衰减
在大家十分关心的电池方面。 丰田于1996年与松下合资成立了Primearth EV Energy株式会社, 通过汽车企业与电器企业合作的方式, 为用户提供“安全、可靠、高品质”的混合动力车用电池。
另外,电池的寿命,也就是电池衰减问题,也是大家十分关心的。 电池是由正极、负极以及在两者之间起绝缘作用的隔板组成的。 隔板中含有电解液,通过电解液, 在正极与负极之间进行氢离子的交换,从而产生电。 放电时氢离子从负极向正极聚集。 充电时恰好相反,氢离子从正极向负极聚集。 电池容量的大小主要由聚集在负极上的氢的含量决定。 电池随着负极氢的含量减少而发生衰减。
如果被置于比正常使用温度高的环境中, 或者反复满充满放,负极中的氢就会以气体形式排放出去。 该氢气大部分最终会重新被吸收到负极里, 极少部分会透过容器流失到电池外部, 从而导致负极氢的含量减少,使电池发生衰减。
通过控制电池,市场上的镍氢电池的寿命表现非常好。 通过车辆控制电池充电量和温度,即便在行驶距离达50万km, 大幅超过质保公里数的情况下,电池也没有衰减。
在电机方面,丰田在不断推进电机轻量化的同时,还不断提升电动机的工作效率。 目前丰田所采用的高转速电动机,转速可达到13500rpm。 是第一代普锐斯所使用电机的2倍以上。与市场上其他电动机的转速相比,更是高出许多。 通过这种高转速电动机与电动机减速齿轮的结合,可以使电动机实现小型化的同时大幅提升扭矩。
在PCU方面,为了实现小型化和降低成本, 提升POWER半导体的散热效果十分重要。
丰田在改善散热片形状以及材质的基础上,为了实现更好的散热效果, 创新性的采用了POWER半导体双面冷却技术。使得散热性能得以大幅提升。由此,可以使用体积更小的半导体,从而实现降低PCU的整体成本以及小型化。 与第一代普锐斯所使用的PCU相比,现在PCU的能量密度比提升了1倍。
除此之外,为了提升发动机本身的节能减排效果, 丰田采用阿特金森循环发动机,并配备了冷却废气再循环系统, 从而提升热效率,实现了全域理论空燃比。 通过辅助装置电动化,从而不使用传动带,使发动机本身的传动效率大幅提升。 同时,在冬季为了尽快提升发送机的温度,增大EV模式的行驶时间, 还采用了废热回收器和电动水泵,从而提升在低温环境下节能减排的效果。 可以说混合动力的研发改善过程,也促进了传统动力的发展。